サーマルリレーとは？仕組みやブレーカーとの違い・原因と設定を徹底解説

工場の生産ラインやビル設備において、ポンプやコンプレッサー、ファンなどの心臓部を担う三相誘導電動機（モーター）。その安定稼働を陰で支え、コイルの焼損事故という致命的な損害から現場を守り続けているのが「サーマルリレー（熱動継電器）」です。制御盤の中を覗くと、電磁接触器の下部に必ずと言っていいほど連結されている小さな機器ですが、その重要性と動作ロジックを正確に把握していないと、予期せぬ生産停止や機器破損を引き起こす原因になります。

「なぜブレーカーがあるのにサーマルリレーが必要なのか」「過負荷でトリップした際、現場でまず何をすべきか」「整定電流の目盛りはどこに合わせるのが正解なのか」。本稿では、設備保全の第一線で活躍するエンジニアへの取材や大手電機メーカーの技術資料、JIS規格に基づき、サーマルリレーの基本原理から現場で直面するトラブルシューティングまでを徹底検証します。

📌 【この記事の重要ポイントまとめ】

• 要点1：サーマルリレーは「過負荷による熱」からモーターを保護する専用機器であり、瞬時の大電流（短絡事故）を遮断するブレーカーとは保護対象と役割が明確に異なる。
• 要点2：作動の鍵は「バイメタルの熱膨張差」。モーターの定格電流と発熱特性に合わせた整定電流の正確な目盛り合わせが、誤作動防止とコイル焼損防止の生命線となる。
• 要点3：トリップ発生時は安易なリセットボタンの即時押下を避け、絶縁抵抗測定や負荷の噛み込み、欠相の有無を特定した上で再稼働させるのが現場鉄則である。

【基本解説】サーマルリレーとは？なぜモーター過負荷保護の役割を担うのか

サーマルリレー（Thermal Relay：熱動継電器）とは、回路に許容以上の電流が流れ続けた際に発生するジュール熱を検知し、回路を遮断して負荷機器を守る保護装置です。現場では単に「サーマル」と呼ばれることが多く、主に三相誘導電動機を中心としたモーター過負荷保護の役割に特化して組み込まれています。

モーターは始動時に定格電流の約5倍から8倍もの極めて大きな「始動電流（突入電流）」を必要とします。この始動電流は数秒で定格値へと落ち着きますが、ベアリングの経年劣化、異物の噛み込み、過大負荷の印加、あるいは電圧降下などが発生すると、定格の1.2倍〜3倍程度の過電流が継続して流れてしまいます。この状態を放置すると、モーター内部の絶縁ワニスが過熱によって劣化・炭化し、最終的にはコイルの相間短絡（レアショート）や完全焼損に至ります。

産業設備においてモーターが1台焼損すると、機器の交換費用だけでなく、生産ラインの全停止に伴う数百万〜数千万円規模の損害が生じかねません。電磁接触器（マグネットコンタクタ）とサーマルリレーを一体化させたコンポーネントは「電磁開閉器マグネットスイッチ」と呼ばれ、手動スイッチやPLC（プログラマブルロジックコントローラ）からの指令でモーターを遠隔運転・停止しつつ、過負荷時には自動的に電源を切り離す主回路システムの標準骨格として機能しています。

【徹底比較】サーマルリレーとブレーカーの違い｜現場が混同しやすい保護範囲

電気設備の設計・保全に携わり始めた技術者が最も躓きやすいのが、「配線用遮断器（ブレーカー・MCCB）があるのに、なぜわざわざサーマルリレーを直列に追加するのか」という疑問です。結論から言えば、両者は「保護する対象」と「感知する電流の領域」が根本的に異なります。

配線用遮断器の主たる任務は「電線（ケーブル）の保護」です。回路がショート（短絡）した際、数千アンペアに及ぶ短絡電流を一瞬（0.01〜0.03秒程度）で物理的に切り離し、配線の被覆が発火する火災事故を防ぎます。一方のサーマルリレーは「負荷機器（モーター内部のコイル）の熱破壊保護」を担当します。数分〜数十分かけてジワジワとコイルを熱する微細な過負荷領域（定格の110%〜150%程度）を監視するため、ブレーカーでは見落とす緩やかな過熱に反応するよう作られています。

注目すべきは、サーマルリレーは自身で三相200Vや400Vといった動力線を直接切り離す能力を持っていない点です。内部の補助接点（b接点）を開くことで、直上にある電磁接触器の操作コイルへの通電を遮断し、電磁接触器に主接点を開かせるという連係プレイによって初めてモーターが停止します。この構造理解を欠いていると、後述する回路配線ミスにつながります。

【図解でわかる】サーマルリレーの仕組みとバイメタルの熱膨張原理

電子化が進む産業機器の中で、サーマルリレーの心臓部には今なお極めてシンプルで堅牢なバイメタルの熱膨張原理が採用され続けています。半導体センサーのような外来ノイズによる誤動作がなく、停電時にも熱状態を保持できる信頼性の高さがその理由です。

バイメタルとは、熱膨張率の異なる2枚の金属板（熱膨張率が大きいニッケル・鉄・クロム合金などと、小さいインバー材など）を張り合わせたものです。サーマルリレー内部では、主回路の各相の電線がヒーターエレメント（発熱体）に巻き付けられており、そのすぐ脇にバイメタルが配置されています。モーターに電流が流れると、電流の二乗に比例してヒーターが発熱し、その熱がバイメタルに伝達されます。

電流が定格内に収まっていれば発熱と放熱が釣り合いますが、過負荷が続くとバイメタルが高温化します。すると、膨張率が大きい側の金属が激しく伸びようとするのに対し、小さい側の金属がそれを抑え込もうとするため、全体が弓なりに湾曲します。この湾曲が一定の限界値を超えた瞬間、連動機構（シフター）を押し込み、機械的なスナップアクション機構によってスイッチが作動します。

電気図面上でのサーマルリレー回路図と接続記号にも、特有の決まり事があります。主回路側のヒーター部は記号「TH」や「49（JEM規格の制御器具番号）」で表され、操作回路側には以下の2系統の補助接点が描かれます。

1つ目は「95-96番端子」で割り振られる常時閉のb接点です。これは電磁開閉器の操作コイル回路に直列で挿入され、トリップ時に接点が開いて電磁接触器を開放させます。2つ目は「97-98番端子」の常時開のa接点です。こちらはトリップと同時に接点が閉じ、制御盤面の赤色故障表示灯を点灯させたり、上位のPLCや集中監視システムへ警報（アラーム）を発信したりする用途に結線されます。

【実態検証】現場を悩ませるサーマルリレートリップ原因と対策｜利用者の生の声

制御盤の警報が鳴り響き、現場に駆けつけるとサーマルが跳ね上がっている――製造業やビルメンテナンスの現場において、これは最も日常的でありながら原因特定に神経をすり減らすトラブルの一つです。保全技術者のコミュニティや実地調査において報告されるサーマルリレートリップ原因と対策を深掘りすると、単なる「使いすぎ」以外の隠れた要因が浮き彫りになります。

大手化学プラントの元保全主任（50代・電気主任技術者）は、現場インタビューで次のように実情を語っています。

「新人の頃、サーマルが飛んだからといって確認もせずにリセットボタンを押して再起動し、モーターを完全に丸焦げにさせてしまった後悔があります。サーマルが飛んだということは、機械か電気のどちらかが『限界だ』と悲鳴を上げた証拠。トリップのトリガーを論理的に切り分ける習慣をつけないと、莫大な損害を出します」

現場の実態データから抽出された、サーマルリレーが作動する主な原因は以下の4点に集約されます。

1. 機械的要因（拘束・負荷過大）：
搬送コンベアにワークが詰まる、ポンプ内部に異物が混入してインペラがロックする、あるいは軸受（ベアリング）のグリス切れによる焼き付きです。モーターシャフトを手で回した際に抵抗があるか、完全停止（拘束）していないかを確認することが一次対策の鉄則です。

2. 電気的要因（欠相運転・電圧低下）：
三相電源の1相がヒューズ切れや電磁接触器の接点摩耗によって途切れる「欠相（オープンフェーズ）」が発生すると、残された2相に通常の約1.73倍以上の過大電流が流れ込み、短時間で過熱します。また、受電端の電圧が著しく降下した場合も、モーターは同一出力を出そうとして電流値を跳ね上げます。

3. 環境要因（制御盤内の異常高温）：
夏場によく見られるのが、機械にも電気にも異常がないのに頻発する「熱による誤トリップ」です。バイメタルは周囲温度の影響を受けます。一般的な標準サーマルリレーは盤内温度20℃〜40℃程度を前提に設計されているため、盤用クーラーの故障や直射日光で盤内が55℃を超えると、定格電流以下でも作動してしまいます。

4. 設定ミス（不適切な整定）：
更新工事の際に作業員が整定電流の目盛りを適当に合わせていたケースや、高効率モーター（IE3基準）へ更新したにもかかわらず、従来の標準モーター（IE1）の整定値のまま放置していたことによる始動時トリップも多発しています。

【実践手順】サーマルリレー復帰方法とリセット｜整定電流の計算と設定方法

トリップが発生した際、焦りは禁物です。適切なサーマルリレー復帰方法とリセットの手順、そして再発を防ぐための整定電流の計算と設定方法を現場基準で整理します。

サーマルリレーの正面には、通常「リセットボタン」が配置されています。リセット機構には「手動復帰（MANUAL）」と「自動復帰（AUTO）」の切り替えダイヤルが存在しますが、一般的なモーター回路では絶対に手動復帰モードで使用するのが保安上の国際標準です。自動復帰にしておくと、バイメタルが冷えた数分後に作業者の意図と無関係にモーターが急転換・再始動し、機械に巻き込まれる重大な人身事故を引き起こす恐れがあるためです。

復帰させる手順は以下の通りです。まず第一に、過負荷の原因を調査・排除します。次に、バイメタルが自然冷却されるまで最低でも2〜3分待機します。熱を持った状態のまま無理やりボタンを押し込んでも、内部ラッチがかからずリセットできません。十分に冷めたことを確認してからリセット棒を押し込むと、「カチッ」と手応えがあり、補助接点が初期状態へと復帰します。

続いて、最も肝要となる整定電流（電流目盛りの合わせ方）の算出ロジックです。サーマルリレーの目盛りは、「モーターの銘板（ネームプレート）に記載された定格電流値」に合わせるのが基本原則です。計算式としては以下の通りです。

三相200Vモーターの場合、定格出力（kW）からおおよその電流値を導く簡易式は存在しますが、メーカーや極数（P数）、効率によって微妙に異なります。

【計算例：三相200V・3.7kW・4極モーターの場合】
銘板記載の定格電流値が「15.2A」であれば、サーマルリレーの調整ダイヤルの矢印を「15.2」に直接合わせます。たまに「トリップするのが煩わしいから」と定格の1.2倍などに目盛りを上げてしまう現場技術者がいますが、これはモーター保護を放棄する危険な行為であり、厳に慎まなければなりません。

ただし、周囲温度が常に40℃を超える高温環境や、逆に氷点下の環境では、各メーカーが公開している「温度補正係数表」を基に、整定電流をわずかに増減させる補正設計が求められます。

【メーカー別比較】三菱電機サーマルリレー仕様と富士電機サーマルリレー選定基準まとめ

日本の産業機械市場において圧倒的なシェアを二分しているのが、三菱電機と富士電機です。設計や機器更新においては、両社のシリーズごとの思想を理解したサーマルリレー選定基準まとめが欠かせません。

三菱電機サーマルリレー仕様の特徴は、電磁開閉器「MS-Tシリーズ」および「MS-Nシリーズ」に最適化された信頼性の高さにあります。現行主力である「TH-Tシリーズ」は、端子カバーが標準で指触防止構造（IP20）となっており、盤内の安全性が高められています。仕様ラインナップには、過負荷・拘束を保護する「2素子（2ヒートエレメント：標準形）」のほか、三相のうちの断線を高精度に検出する「3素子（飽和リアクトル付・欠相保護形 TH-T□KP）」が用意されています。欠相によるモーター焼損事故を確実に防ぐため、近年のプラント仕様書ではこの3素子・欠相保護機能付きが必須指定されるケースが大半です。

一方の富士電機サーマルリレー選定においては、ベストセラーである「SC・NEOシリーズ」と一体で使用される「TRシリーズ（TR-0N、TR-5-1Nなど）」が広く普及しています。富士電機の強みは、動作特性の安定性と幅広い定格バリエーションにあります。標準形（TR-□N）に加えて、差動増幅機構を内蔵し、欠相時に通常よりも格段に速くトリップする「欠相保護付サーマルリレー（TK-□Nシリーズ）」の評価が極めて高いのが特徴です。富士電機の選定時は、モーターの始動時間（軽負荷始動か、ブロワーのような大慣性・重始動か）に応じて、標準動作形と遅延動作形（ロングトリップ形）を明確に選定できるマトリクスが整備されています。

2026年現在の選定実務においては、インバータ制御の普及や省エネ基準の強化に伴い、両社ともに高効率モーター（IE3/IE4）対応を標準化しており、始動電流のピーク値が上がったモーターに対しても不要なトリップを起こさない反限時トリップ特性のチューニングが施されています。

一般に知られていない盲点と現場の誤解｜インバータ直下で使ってはいけない？

技術現場において、古くからの思い込みによる危険な設計や誤用が後を絶ちません。最も代表的な盲点が「インバータの二次側（出力側）に一般的な汎用サーマルリレーを接続してしまう」ミスです。

可変速運転を行うためにインバータを導入するケースが一般的ですが、インバータの出力電圧は正弦波ではなく、高周波のPWM（パルス幅変調）波形です。高調波成分がヒーターエレメントに流れ込むと、表皮効果や渦電流損によってバイメタルが実際の電流値以上に異常過熱し、定格運転中であるにもかかわらずサーマルが勝手にトリップする「誤作動」が頻発します。

さらに深刻なのは、低速運転時の保護抜けです。モーターは軸直結のファンによって自らを冷却していますが、インバータで周波数を下げて低速回転させると、冷却能力が著しく低下します。この状態で負荷がかかると、定格電流以下であってもモーター内部の温度は急上昇し、サーマルリレーが「電流値は正常」と判断して作動しないまま、コイルが熱破壊されてしまいます。

現在では、インバータの二次側に保護を設ける場合、インバータ内部の「電子サーマル機能」を正しく設定するか、高調波の影響を受けにくいインバータ専用サーマルリレー、またはモーター巻線に埋め込まれたPTCサーミスタを直結監視する方式を採用するのが設計の定石です。

【プロの結論】おすすめできる人・慎重になるべき人の判断基準

設備の設計者や保全責任者は、単に「昔から使っているから」という理由で機械式サーマルリレーを選定するのではなく、システムの性質を見極めて保護機器を使い分ける必要があります。

【機械式サーマルリレーの採用が推奨される設備】
商用電源（50Hz/60Hz）で直入れ始動、あるいはスターデルタ始動を行う定速運転のポンプ・ファン・コンベア設備。回路構造が極めてシンプルで外部電源を必要とせず、過酷な電気ノイズ環境下でも誤作動を起こさない堅牢性を低コストで最優先したいケースに向いています。

【機械式サーマルリレーの採用に慎重になるべき設備】
インバータによる低周波・広範囲な可変速運転を行うラインや、頻繁なインチング（寸動運転）、正逆反転を繰り返すクレーン・荷役機械。これらの設備ではバイメタルの熱蓄積モデルが実際のモーター温度と乖離しやすいため、CT（変流器）を用いた高機能なデジタル型モーター保護リレー（電子式過電流継電器）や、インバータ本体の保護アルゴリズムを活用すべきです。

【サーマル リレー と は】に関するよくある質問（FAQ）

Q1：サーマルリレーがトリップした直後、リセットボタンを押してもカチッと戻らないのはなぜですか？
A1：内部のバイメタルがまだ熱を持って湾曲したままになっているためです。スナップアクション機構のラッチがかかる温度まで下がる必要があります。無理に押し込まず、盤を開けて2〜3分ほど自然冷却させてから再度リセットボタンを押してください。それでも復帰しない場合は、内部機構の破損や接点の溶着が考えられます。

Q2：サーマルリレーのテストボタン（トリップテストレバー）は何のためにあるのですか？
A2：制御回路が正常に動作するかを無通電状態で確認するための機能です。マイナスドライバーなどでテストレバーをスライドさせると、バイメタルの変形を模擬して強制的にトリップ状態を作り出せます。これにより、補助b接点が開いて電磁接触器が切れるか、a接点が閉じて故障警報ランプが点灯するかをシーケンス試験できます。

Q3：2素子品と3素子品（欠相保護付き）の違いは何ですか？どちらを選ぶべきですか？
A3：2素子品は三相のうち2相分にのみヒーターが内蔵されており、三相平衡の過負荷を保護します。対して3素子品（欠相保護形）は3相すべてにヒーターがあり、電源側の1相が断線した際のアンバランス電流を検知して高速遮断できます。欠相によるモーター焼損リスクを完全に排除するため、新規導入や盤改修では3素子（欠相保護付）の選定を強く推奨します。

まとめ：今後の動向と失敗しないための判断基準

サーマルリレーは、決して目立つことのない地味な制御機器ですが、その内部には熱膨張という物理法則を極限まで磨き上げたフェイルセーフの思想が凝縮されています。どれほど産業界でIoTやスマートファクトリー化が進もうとも、「熱で遮断する」というシンプルで堅牢な物理的防壁は、電源異常やノイズに脅かされる制御現場における最後の砦であり続けます。

トラブルが発生した際に「ただリセットを押すだけ」の場当たり的な対応を排し、バイメタルの熱特性、ブレーカーとの守備範囲の違い、そして整定電流の意味を正しく理解して対処すること。それこそが、設備の寿命を最大化し、突発的なライン停止を防ぐための最も確実なプロフェッショナルの仕事です。 （出典: サーマル リレー と は（Yahoo!ニュース））